工程水文及水利计算-第11讲

工程水文及水利计算,门宝辉可再生能源学院,提纲,第一章绪论第二章水循环及径流形成第三章水文资料的观测、收集与处理第四章水文统计基本知识第五章设计年径流及径流随机模拟（分3讲）第六章由流量资料推求洪水（分3讲）第七章流域产、汇流计算（分4讲）第八章由暴雨资料推求设计洪水（分3讲）第九章水文预报第十章水库兴利调节计算（分2讲）第十一章水电站的水能计算（分2讲）第十二章水库防洪计算（分2讲）,第六章目录,第六章由流量资料推求设计洪水6-1概述6-2设计洪峰流量及设计洪水总量的推求6-3设计洪水过程线的推求6-4分期设计洪水6-5入库设计洪水6-6设计洪水的地区组成,6-5入库设计洪水,水库防洪设计一般是以坝址设计洪水为依据。,但水库建成后，洪水是从水库周边汇入水库，而不是坝址断面的洪水，这些从水库周边汇入水库(包括入库断面)的洪水称为入库洪水。入库洪水与坝址洪水有一定的差别，差异程度与水库特性及典型洪水的时空分布有关。,用入库洪水作为设计依据更符合建库后的实际情况，特别是对坝址洪水与入库洪水差别较大的湖泊型水库更为必要。,1、入库洪水的概念,入库洪水由3部分组成：（1）水库回水末端干支流河道断面的洪水。（2）上述干支流河道断面以下到水库周边的区间陆面所产生的洪水。（3）水库库面的降水量。,6-5入库设计洪水,1、入库洪水的概念,入库洪水与坝址洪水的主要差异表现在：,（1）库区产流条件改变，使入库洪水的洪量增大。水库建成后，水库回水淹没区由原来的陆面变成水面，产流条件相应发生了变化。在洪水期间库面由陆地产流变为水库水面直接承纳降水，由原来的陆面蒸发损失变成水面蒸发损失。,6-5入库设计洪水,1、入库洪水的概念,（2）流域汇流时间缩短，入库洪峰流量出现时间提前，涨水段的洪量大增。建库后，洪水由干支流的回水末端和水库周边入库，洪水在库区的传播时间比原河道的传播时间缩短，洪峰出现的时间相应提前，而库面降水集中于涨水段，涨水时段的洪量增大。,（3）河道被回水淹没成为库区。原河槽调蓄能力丧失，再加上干支流和区间陆面洪水常易遭遇，使得入库洪水的洪峰增高，峰形更尖瘦。,入库洪水与坝址洪水的主要差异表现在：,6-5入库设计洪水,1、入库洪水的概念,建库前，水库的入库洪水不能直接测得，一般是根据水库特点、资料条件，采用不同的方法分析计算。,依据资料不同，可分为由流量资料推求入库洪水和由雨量资料推求入库洪水两种类型。,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,由流量推求入库洪水又可分为：流量叠加法、马斯京根法、槽蓄曲线法、水量平衡法。,(1)流量叠加法。分别推算干支流和区间等各部分的洪水，然后演进到入库断面处，再同时刻叠加，即得入库洪水。这种方法概念明确，只要坝址以上干支流有实测资料，区间洪水估计得当，一般计算成果较满意。,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,由流量推求入库洪水又可分为：流量叠加法、马斯京根法、槽蓄曲线法、水量平衡法。,(2)马斯京根法。当汇入水库周边的支流较少，坝址处有实测水位流量资料，干支流入库点有部分实测资料时，可根据坝址洪水资料用马斯京根法，即反演进的方法推求入库洪水。这种方法对资料的要求较少，计算也比较简便。,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,(3)槽蓄曲线法。当干支流缺乏实测洪水资料，但库区有较完整的地形资料时，可利用河道平面图和纵横断面图，根据不同流量的水面线(实测、调查或推算得来)绘制库区河段的槽蓄曲线，采用联解槽蓄曲线与水量平衡的方法，由坝址洪水推求入库洪水。本方法计算成果的可靠程度与槽蓄曲线的精度有关。,由流量推求入库洪水又可分为：流量叠加法、马斯京根法、槽蓄曲线法、水量平衡法。,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,(4)水量平衡法。水库建成后，可用坝前水库水位、库容曲线和出库流量等资料用水量平衡法推算入库洪水。计算式为：,由流量推求入库洪水又可分为：流量叠加法、马斯京根法、槽蓄曲线法、水量平衡法。,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,平均出库流量包括：溢洪道流量、泄洪洞流量及发电流量等，也可采用坝下游实测流量资料作为出库流量。,水库损失水量包括：水库的水面蒸发和枢纽、库区渗漏损失等。一般情况下，在洪水期间，此项数值不大，可忽略不计。,水库蓄水量变化值：一般可用时段始末的坝前水位和静库容曲线确定，如动库容(受库区流量的影响，库区水面线不是水平的，此时水库的库容称动库容)较大，对推算洪水有显著影响，宜改用动库容曲线推算。,水量平衡法,6-5入库设计洪水,2、入库洪水的计算方法,已知某水库坝前水位、出库流量和静库容曲线等资料，试用水量平衡法反推入库洪水。,6-5入库设计洪水,【例题6-5】,按我国现行规范的规定，水利水电工程一般采用坝址设计洪水。但是，对具有水库的工程，当建库后产汇流条件有明显改变，采用坝址设计洪水对调洪影响较大时，应以入库设计洪水作为设计依据。,入库设计洪水计算方法有两类：频率计算法、根据坝址设计洪水推算入库设计洪水。,6-5入库设计洪水,3、入库设计洪水的计算方法,频率计算法：具有长期入库洪水系列及历史入库洪水资料时，可用频率计算法推求各种标准的入库设计洪水。入库洪水系列可根据资料情况的不同来选取。,(1)当水库回水末端附近的干流和主要支流有长期洪水资料时，可用流量叠加法推求历年入库洪水。,(2)当坝址洪水系列较长，而入库干支流资料缺乏时，可将一部分年份或整个坝址系列用马斯京根法或槽蓄曲线法，转换为入库洪水系列。若只推算部分年份的入库洪水时，可先根据推算的成果，建立入库洪水与坝址洪水的关系，根据上述关系将没推算的其余年份转换为入库洪水，与推算的年份共同组成入库洪水系列。,6-5入库设计洪水,3、入库设计洪水的计算方法,根据坝址设计洪水推算入库设计洪水：,由于资料条件的限制不能推算出入库洪水系列时，可先计算坝址各种设计标准的设计洪水，再用马斯京根法或槽蓄曲线法，将已计算的坝址设计洪水反演算得入库设计洪水。但根据实测资料分析的汇流参数或槽蓄曲线应用于稀遇的设计洪水时，应注意分析外延的合理性。,至于入库设计洪水过程线的推求，可选择某典型年的坝址实测洪水过程线，用前述方法推算该典型年的入库洪水过程，然后用坝址洪水设计值的倍比求得入库设计洪水过程线。,6-5入库设计洪水,3、入库设计洪水的计算方法,为研究流域开发方案，计算水库对下游的防洪作用，以及进行梯级水库或水库群的联合调洪计算等问题，需要分析设计洪水的地区组成。也就是说计算当下游控制断面发生某设计频率的洪水时，其上游各控制断面和区间相应的洪峰洪量及其洪水过程线。,6-6设计洪水的地区组成,由于暴雨分布不均，各地区洪水来量不同，各干支流来水的组合情况十分复杂，因此洪水地区组成的研究与上述某断面设计洪水的研究方法不同，必须根据实测资料，结合调查资料和历史文献，对流域内洪水地区组成的规律性进行综合分析。,（1）分析时应着重暴雨、洪水的地区分布及其变化规律；（2）历史洪水的地区组成及其变化规律；（3）各断面峰量关系以及各断面洪水传播演进的情况等。,6-6设计洪水的地区组成,现行洪水地区组成的计算常用典型年法和同频率地区组成法。,典型年法是从实测资料中选择几次有代表性、对防洪不利的大洪水作为典型，以设计断面的设计洪量作为控制，按典型年的各区洪量组成的比例计算各区相应的设计洪量。,1、典型年法,特点：本方法简单、直观，是工程设计中常用的一种方法，尤其适用于分区较多、组成比较复杂的情况，但此法因全流域各分区的洪水均采用同一个倍比放大，可能会使某个局部地区的洪水放大后其频率小于设计频率，值得注意。,6-6设计洪水的地区组成,同频率地区组成法是根据防洪要求，指定某一分区出现与下游设计断面同频率的洪量，其余各分区的相应洪量按实际典型组成比例分配。,2、同频率地区组成法,（1）当下游断面发生设计频率P的洪水时，上游断面也发生频率P的洪水，而区间为相应的洪水，即,6-6设计洪水的地区组成,（2）当下游断面发生设计频率P的洪水，区间发生频率P的洪水，上游断面也相应的洪水，即,特点：同频率地区组成法适用于某分区洪水与下游设计断面的相关关系比较好的情况。同时由于河网调节的影响，一般不能用同频率地区组成法来推求设计洪峰流量的地区组成。,2、同频率地区组成法,6-6设计洪水的地区组成,小结,本章的主要内容为：1.洪水资料的选样，包括洪峰及洪量的选样。要掌握各种历时的洪量选样和计算方法。2.特大洪水处理：什么是不连序样本？不连序样本的经验频率如何计算？用矩法确